;
Наука 2 декабря 2020

Микроскоп нового типа позволяет видеть мозг сквозь неповрежденный череп

Далее

Ученые изобрели микроскоп нового типа, который позволяет увидеть биологические ткани сквозь неповрежденный череп. В нем используется комбинация аппаратной и программной адаптивной оптики для восстановления изображения объекта.

Неинвазивные микроскопические методы, такие как оптическая когерентная и двухфотонная микроскопия, обычно используются для визуализации живых тканей in vivo. Когда свет проходит через биологические ткани, генерируются два типа света: баллистические и многократно рассеянные фотоны.

Баллистические фотоны проходят прямо через объект, без отклонения. Они используются для восстановления изображения объекта. В свою очередь, многократно рассеянные фотоны генерируются с помощью случайных отклонений при прохождении света через материал. В итоге они проявляются как зернистый шум на изображении. По мере того как свет распространяется все дальше, разница между рассеянными и баллистическими фотонами все возрастает, тем самым скрывая информацию об изображении.

У костных тканей множество сложных внутренних структур. Они вызывают сильное многократное рассеяние света и сложные оптические аберрации. Когда необходимо получить оптическое изображение мозга мыши через неповрежденный череп, тонкие структуры нервной системы трудно визуализировать. Мешает зернистый шум и другие искажения изображения. Это серьезное препятствие в нейробиологических исследованиях, где мыши часто используются в качестве модельного объекта. Из-за таких ограничений в методах визуализации череп мышей необходимо удалить или истончить, чтобы исследовать нейронные сети тканей мозга под ним.

Группа исследователей под руководством профессора Чои Воншика из Центра молекулярной спектроскопии и динамики Института фундаментальных наук (IBS) в Сеуле, Южная Корея, совершила крупный прорыв в оптической визуализации глубоких тканей. Они разработали новый оптический микроскоп, который может получать изображения через неповрежденный череп мыши. В итоге ученым доступна микроскопическая карта нейронных сетей в тканях мозга без потери пространственного разрешения.

Схема микроскопа с отражающей матрицей, разработанного исследователями Центра молекулярной спектроскопии и динамики IBS. Предоставлено: IBS

Новый микроскоп с отражающей матрицей и сочетает в себе возможности как аппаратного обеспечения, так и вычислительной адаптивной оптики (AO). Эта технология изначально разрабатывалась для наземной астрономии, чтобы корректировать оптических аберрации. Обычный конфокальный микроскоп измеряет сигнал отражения только в фокусной точке освещения и отбрасывает весь нефокусный свет.

Новый микроскоп с отражающей матрицей регистрирует все рассеянные фотоны в положениях, отличных от фокусной точки. Затем рассеянные фотоны корректируются с помощью вычислений с использованием нового алгоритма CLASS (замкнутое накопление однократного рассеяния. Этот алгоритм АО использует весь рассеянный свет для выборочного извлечения баллистического света и исправления оптических аберраций. 

У микроскопа с отражательной матрицей есть большое преимущество в том, что его можно напрямую комбинировать с обычным двухфотонным микроскопом, который уже широко используется в области наук о жизни. 

Наш микроскоп позволяет исследовать тонкие внутренние структуры глубоко в живых тканях. Это очень поможет в ранней диагностике заболеваний и ускорит исследования в области нейробиологии.

Профессор-исследователь Юн Сокчан

Читать также

Ледник «Судного дня» оказался опаснее, чем думали ученые. Рассказываем главное

Найдено предполагаемое царство исчезнувших хеттов. Что обнаружили археологи?

Открыт фермент, который обращает вспять старение клеток

Загрузка...